Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета

Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела

2.1. Первый закон Ньютона. Масса. Сила

Динамика является основным разделом механики, в ее основе лежат три закона Ньютона, сформулированные им в 1687 г.

Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются (как и все физические законы) обобщением результатов огромного человеческого опыта.

Их рассматривают как систему взаимосвязанных законов и опытной проверке подвергают не каждый отдельный закон, а всю систему в целом.

Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции.

Механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета, а те системы, по отношению к которым он выполняется, называются инерциальными системами отсчета.

Инерциальной системой отсчета является такая система отсчета, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.

Первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчета.

Инерциальные системы отсчёта.

Первый закон Ньютона (закон инерции). Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешнее воздействие не изменит это состояние.

Системы отсчёта, в которых выполняется первый закон Ньютона называют инерциальными.

К таким системам относится, например, гелиоцентрическая система отсчёта, в которой за начало координат принимают солнце, а оси проводят в направлении звёзд, которые считаются неподвижными.

Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, называются неинерциальными.

Понятие силы и инертной массы.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел.

Инертность – свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении, называется массой. Масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек), из которых оно состоит.

Импульсом тела называют произведение массы тела на скорость его движения: p=mV.

Так как a=dV/dt, то формулу a=F/m можно записать в виде F=m(dV/dt)=(d/dt)mV=dp/dt.

Единица силы – ньютон(Н).

Ньютон – сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы.

6.Второй закон Ньютона. Масса. Импульс. Уравнение движения материальной точки.

Второй закон Ньютона — основной закон динамики поступательного движения — отвечает на вопрос, как изменяется механическое движение материальной точки (тела) под действием приложенных к ней сил.

Если рассмотреть действие различных сил на одно и то же тело, то оказывается, что ускорение, приобретаемое телом, всегда прямо пропорционально равнодействующей приложенных сил:

а ~ F (т = const). (2.1)

При действии одной и той же силы на тела с разными массами их ускорения оказываются различными, а именно

а ~ 1/т (F = const). (2.2)

Используя выражения (2.1) и (2.2) и учитывая, что сила и ускорение — величины векторные, можем записать

а = k·F/m. (2.3)

Соотношение (2.3) выражает второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела). В СИ коэффициент пропорциональности k=1.

Тогда

а = F/m,

или

F = mа = m·dv/dt. (2.4)

Учитывая, что масса материальной точки (тела) в классической механике есть величина постоянная, в выражении (2.4) ее можно внести под знак производной:

F = d(mv)/dt. (2.5)

Векторная величина

р = mv, (2.6)

численно равная произведению массы материальной точки на ее скорость и имеющая направление скорости, называется импульсом (количеством движения) этой материальной точки.

Подставляя (2.6) в (2.5), получим

F = dp/dt. (2.7)

Это выражение — более общая формулировка второго закона Ньютона: скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе. Выражение (2.7) называется уравнением движения материальной точки.

Единица силы в СИ — ньютон (Н): 1 Н — сила, которая массе 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы:

1 Н = 1 кг·м/с2.

Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон Ньютона можно получить из второго.

Действительно, в случае равенства нулю равнодействующей сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю.

Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон (а не как следствие второго закона), так как именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета, в которых только и выполняется уравнение (2.7).

В механике большое значение имеет принцип независимости действия сил: если на материальную точку действует одновременно несколько сил, то каждая из этих сил сообщает материальной точке ускорение согласно второму закону Ньютона, как будто других сил не было. Согласно этому принципу, силы и ускорения можно разлагать на составляющие, использование которых приводит к существенному упрощению решения задач.

Например, на рис. 2.1 действующая сила F = ma разложена на два компонента: тангенциальную силу Fτ, (направлена по касательной к траектории) и нормальную силу Fn, (направлена по нормали к центру кривизны). Используя выражения аτ= dv/dt и an = v2/R , а также v = R, можно записать:

Fτ = таτ = т dv/dt;

Fn = т·аn = mv2/R = m2R.

Если на материальную точку действует одновременно несколько сил, то, согласно принципу независимости действия сил, под F во втором законе Ньютона понимают результирующую силу.

6.2. Масса и импульс.

1) И́мпульс (Количество движения) — векторная физическая величина, характеризующая меру механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этой точки на её скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости:

.

В более общем виде, справедливом также и в релятивистской механике, определение имеет вид:

Импульс — это аддитивный интеграл движения механической системы, связанный согласно теореме Нётер с фундаментальной симметрией — однородностью пространства.

2) Ма́сса (от греч. μάζα) — одна из важнейших физических величин.

Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес. Тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя).

В современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а концепцию «масса» можно трактовать несколькими способами:

Пассивная гравитационная масса показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями — фактически эта масса положена в основу измерения массы взвешиванием в современной метрологии.

Активная гравитационная масса показывает, какое гравитационное поле создаёт само это тело — гравитационные массы фигурируют в законе всемирного тяготения.

Инертная масса характеризует меру инертности тел и фигурирует в одной из формулировок второго закона Ньютона. Если произвольная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет разные исходно неподвижные тела, этим телам приписывают одинаковую инертную массу.

Уравнение движения материальной точки.

Сила – производная импульса по времени. F=dp/dt.

Более общая формулировка второго закона Ньютона: скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе. Это выражение называется уравнением движения материальной точки.

8. Взаимодействия и силы.

В механике большое значение имеет принцип независимости действия сил:если на материальную точку действуют одновременно несколько сил, то каждая из этих сил сообщает материальной точке ускорение согласно второму закону Ньютона, как будто других сил не было. Согласно этому принципу, силы и ускорения можно разлагать на составляющие, использование которых приводит к существенному упрощению решения задач.

Если на материальную точку действуют одновременно несколько сил, то, согласно принципу независимости действия сил, под силой во втором законе Ньютона понимают результирующую силу.

Виды сил:

Гравитационные силы, электромагнитные силы, силы инерции, ядерные силы, силы межмолекулярного взаимодействия.

9. Силы инерции. Принцип эквивалентности.

В неинерциальных системах отсчёта законы неинерциальных системах отсчёта законы Ньютона не выполняются.

Основной закон динамики материальной точки в неинерциальных системах отсчёта можно получить исходя из второго закона Ньютона и связи между абсолютным и относительным ускорениями материальной точки.

Следовательно,основное уравнение динамикиотносительного движения материальной точкиимеет вид

mar=F-mae-maK. Его можно привести к видуmar=F+Ie+IK. Векторные величиныIe=-maeи

IK=-maKимеют размерность силы и называются соответственнопереносной силой инерции и кориолисовой силой инерции Ie=-(mdυ0)/dt-m[dΩr/dt]-m[Ω[Ωr]].

Последний член правой части этого выражения называется центробежной силой инерции. Модуль центробежной силыIцб=mΩ2ρ, где ρ – расстояние от материальной точки массыmдо мгновенной оси вращения системы отсчёта иΩ– вектор направления мгновенной оси вращения неинерциальной системы отсчёта.

Кориолисова сила инерции: IK=2m[υrΩ].

Силы инерции реально действуют на материальную точку в неинерциальной системе отсчёта и могут быть в ней измерены.

Принцип эквивалентности– гравитационное поле в ограниченной области пространства физически эквивалентно «полю сил инерции» в соответствующим образом выбранной неинерциальной системы отсчёты

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/19_350308_perviy-zakon-nyutona-inertsialnie-sistemi-otscheta.html

3.1.1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета

Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

Вкачестве первого закона Ньютон взялпринцип инерции Галилея (1632 год) идополнил его понятием инерциальнойсистемы отсчета. Согласно принципуинерции Галилея свободное тело сохраняетсостояние, покоя или равномерного,прямолинейного движения пока воздействиедругих тел не выведет его из этогосостояния.

Изэтого принципа следует, что состояниепокоя или равномерного прямолинейногодвижения не требует для своего поддержаниякаких-либо внешних воздействий.В этом проявляется особое динамическоесвойство тел, называемое инерцией.Поэтому первый закон Ньютона называютзаконом инерции, а движение тела вотсутствие воздействий со стороныдругих тел — движениемпо инерции.

Первыйзакон Ньютона выполняется не во всехсистемах отсчета. Те системы, в которыхон выполняется, называются инерциальнымисистемами отсчета.

Экспериментальноустановлено, что практическиинерциальной системой отсчета являетсягелиоцентрическая система отсчета,начало координат которой находится вцентре Солнца, а оси проведены внаправлении трех удаленных звезд,выбранных, например, так, чтобы они быливзаимно перпендикулярны.

Длямногих практических целей при движениимакроскопических тел в качестве системыотсчета используется система, связаннаяс Землей. Такая система отсчета считаетсяприближенно инерциальной из-за влияниясуточного и годового вращения Земли.

Такимобразом, можно дать следующую формулировкупервого закона Ньютона: существуюттакие системы отсчета, в которых телосохраняет состояние покоя или равномерногопрямолинейного движения до тех пор,пока воздействие других тел не выведетего из этого состояния.

Покажем,что любая система от­счета, котораядвижется равномерно и прямолинейноотносительно инерциальной системы,также является инерциальной. Пусть телоА покоится в инерциальной системеотсчета К (рис. 3.1). Система отсчета К'движется относительно системы Кравномерно и прямолинейно со скоростью.

Тело А относительно системы К'движется равномерно и прямолинейно соскоростью -,что также удовлетворяет первому законуНьютона. Следовательно, система отсчетаК' является инерциальной.

Таким образом,по известной одной инерциальной системеотсчета можно описанным выше способомпостроить их сколько угодно.

Рис 3.1

3.1.2. Второй закон Ньютона

Этотзакон является основным законом динамикиматериальной точки и твердого тела,движущегося поступательно.

Законустанавливает связь между силой, массойи ускорением.

Опытпоказывает, что всякое изменение величиныили направления скорости движения телавызывается его взаимодействием с другимителами.

В механикесила определятся как количественнаямера взаимодействия тел, которое приводитк изменению их скорости или деформации.

Силахарактеризуется величиной, направлениеми точкой приложения. Следовательно,силаявляется векторной величиной.

Посовременным представлениям, основаннымна опыте, все наблюдаемые в природевзаимодействия могут быть сведены кчетырем фундаментальным: гравитационному,слабому, электромагнитному и сильному.

Гравитационноевзаимодействиеприсуще всем материальным объектам.Оно определяется наличием у материальныхтел массы и подчиняется закону всемирноготяготения Ньютона. Радиус действиягравитационного взаимодействиянеограничен. В области микромира рольгравитационного взаимодействия ничтожномала.

Слабоевзаимодействие— короткодействующее, существует вмикромире и проявляется в том, чтоприводит к определенному видунестабильности элементарных частиц.

Электромагнитноевзаимодействие проявляется при взаимодействии токови зарядов. Радиус действия электромагнитноговзаимодействия неограничен. Оно являетсяопределяющим в образовании атомов,молекул и макроскопических тел.

Ядерноеили сильное взаимодействие является самым интенсивным. Радиуссильного взаимодействия очень мал~10-15м.Благодаря этому взаимодействию протоныи нейтроны удерживаются в ядрах, несмотряна сильное отталкивание протонов.

Кнефундаментальным силам относятся силыупругости, трения, сопротивления идругие. Все эти силы могут быть сведенык электромагнитным или гравитационным,однако, это приводит к существенномуусложнению решения задач механики. Поэтой причине в механике силы упругостии трения рассматривают наряду сфундаментальными.

Опытнымпутем установлено еще одно важноесвойство сил, проявляющееся примеханическом взаимодействии. Силы вмеханике подчиняются принципусуперпозиции,который заключается в следующем:одновременноевзаимодействие частицы М с несколькимидругими nчастицамис силами эквивалентно действию одной силы,равной их векторной сумме.

. (3.1)

Силуназывают равнодействующей.

Какпоказывает опыт, все тела обладаютсвойством препятствовать изменениювеличины и направления скорости. Этосвойство называется инертностью.

Массуможно определить двумя способами. Первыйиз них состоит в следующем. Выбираетсяэталонное тело, масса которого mэтпринимается за единицу массы. Масса mисследуемого тела определяется изследующего соотношения, установленногоопытным путем:

,

гдеаи аэт- ускорения, вызываемые действием однойи той же силы на эталонное и исследуемоетела. При этом определяется так называемаяинертнаямасса.

Второйспособ основан на использовании законавсемирного тяготения. При этом определяетсятак называемая гравитационнаямасса.

А.Эйнштейн сформулировал принципэквивалентности гравитационной иинертной массы: инертная и гравитационнаямассы одного и того же тела одинаковы.

Эквивалентностьинертной и гравитационной масс позволяетвыбрать для них одну единицу измерения.Вкачестве единицы массы в системе СИпринят килограмм (кг) — масса эталонногоплатиново-иридиевого тела, хранящегосяво Франции в международном бюро мер ивесов.

Динамическоевоздействие движущегося тела на другиетела зависит от скорости и массы. Поэтомув качестве динамической характеристикиинтенсивности движения вводитсявекторная величина ,называемая импульсом (или количествомдвижения) тела и равная произведениюего массы на скорость:

. (3.2)

Единицаимпульса килограмм-метр, деленный насекунду (кг·м/с).

Согласновторому закону Ньютона, производная повремени от импульса тела равнаравнодействующей всех приложенных кнему сил:

. (3.3)

Из(3.3) следует, что изменениеимпульса происходит в направленииравнодействующей силы .Отметим, что второй закон Ньютона вформе (3.3) допускает описание движениятела с переменной массой. Если массатела постоянна, то из (3.2) и (3.3) получаемуравнение второго закона Ньютона в виде

, (3.4)

откудас учетом формулы (2.21) получаем:

. (3.5)

Единицасилы в СИ является производной единицей,определение которой основано на формуле(3.5). Единица силы — 1Ньютон (Н), это такая сила, которая телус массой 1 кг сообщает ускорение 1м/с2.

Второйзакон Ньютона часто называют основнымзаконом динамики поступательногодвижения. С помощью этого закона вмеханике решаются двеосновные задачи:

1.Прямая основная задачаустановление дифференциальных уравненийдвижения тела (точки) и их решение.

2.Обратная основная задачанахождениезависимости сил взаимодействия тел отих координат, скоростей и времени, тоесть установление законов взаимодействия.

Источник: https://studfile.net/preview/2953172/page:7/

Урок с презентацией по теме

Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

Урок №

Тема: «Инерциальные системы отсчета. I закон Ньютона»

Цели урока:

  1. Раскрыть содержание 1-го закона Ньютона.

  2. Сформировать понятие инерциальной системы отсчёта.

  3. Показать важность такого раздела физики как «Динамика».

Задачи урока :

1.Узнать что изучает раздел физики динамика,

2.Узнать различие инерциальной и не инерциальной системы отсчета,

  1. Понять применение первого закона Ньютона в природе и его физический смысл

В ходе урока демонстрируется презентация.

Ход урока

этапа урока

Деятельность учащихся

Номер слайда

  1. Ледокол «Зеркало»

  2. Раздать карточки , дети пусть сами вписывают фамилии, посадить оценщика

  3. Повторение

  • В чём состоит главная задача механики?
  • Зачем введено понятие материальной точки?
  • Когда тело можно считать материальной точкой? Приведите пример.
  • Что такое система отсчета? Для чего она вводится?
  • Какие виды систем координат вы знаете?
  • Почему тело изменяет свою скорость?

Поднятия настроение, мотивация

Учащиеся отвечают на поставленные вопросы

1-5

II. Новый материал

Кинематика (греч. «кинематос» – движение) – это раздел физики, в котором рассматриваются различные виды движения тел без учета влияния сил, действующих на эти тела.

Кинематика отвечает на вопрос:

«Как описать движение тела?»

В ещё одном разделе механики — динамике — рассматривается взаимное дей­ствие тел друг на друга, которое является причиной изменения движения тел, т.е. их скоростей.

Если кинематика отвечает на вопрос: «как движется тело?», то динамика выясняет, почему именно так.

В основе динамики лежат три закона Ньютона.

Если неподвижно лежащее на земле тело начинает двигаться, то всегда можно обнаружить предмет, который толкает это тело, тянет или действует на него на расстоянии (например, если к железному шарику поднесем магнит).

Учащиеся изучают схему

6

7

По гиперссылке просмотреть слайд 27 (Структура и содержание динамики)

Эксперимент 1

Возьмем любое тело (металлический шарик, кусок мела или ластик) в руки и разожмем пальцы: шарик упадет на пол.

-Какое тело подействовало на мел? (Земля.)

Эти примеры говорят о том, что изменение скорости тела всегда вызыва­ется воздействием на данное тело каких-либо других тел. Если на тело не действуют другие тела, то скорость тела никогда не меняется, т.е. тело будет покоиться или двигаться с постоянной скоростью.

Учащиеся выполняют эксперимент, затем анализируют по модели, делают выводы, делают записи в тетради

8

Щелчком мыши запускается модель эксперимента

Этот факт совсем не является само собой разумеющимся. Понадобился гений Галилея и Ньютона, чтобы его осознать.

Начиная с великого древнегреческого философа Аристотеля, на протяже­нии почти двадцати веков, все были убеждены: для поддержания постоянной скорости тела необходимо, чтобы что-то (или кто-то) действовало на него. Аристотель считал покой относительно Земли естественным состоянием тела, не требующим особой причины.

В действительности же свободное тело, т.е. тело, которое не взаимодействует с другими телами, может сохранять свою скорость постоянной сколь угодно долго или находиться в покое. Только действие со стороны других тел способно изменить его скорость. Если бы не было трения, то автомобиль при выключенном двигателе сохранял бы свою скорость постоянной.

Первый закон механики, или закон инерции, как его часто называют, был установлен еще Галилеем. Но строгую формулировку этого закона дал и включил его в число основных законов физики Ньютон. Закон инерции отно­сится к самому простому случаю движения — движению тела, на которое не оказывают другие тела. Такие тела называют свободными телами.

Рассматривается пример систем отсчёта, в которых закон инерции не выполняется.

Учащиеся делают записи в тетради

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Первый закон Ньютона формулируется так:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела.

Такие системы отсчета называют инерциальными (ИСО).

Раздаются карточки по группам и

рассмотрим следующие примеры:

Персонажи басни «Лебедь, рак и щука»

Тело, плавающее в жидкости

Самолёт, летящий с постоянной скоростью

Учащиеся делают записи в тетради.

Учащиеся рисуют постер где указывают силы действующие на тело .Защита постера

18

Кроме того, нельзя поставить ни одного опыта, который бы в чистом виде показал, как движется тело, если на него не действуют другие тела (Почему?). Но имеет­ся один выход: надо поставить тело в условия, при которых влияние внешних воздействий можно делать все меньше и меньше, и наблюдать, к чему это ведет.

Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него дру­гих тел называется инерцией.

III. Закрепление изученного

Вопросы для закрепления:

В чем состоит явление инерции?

В чем состоит I закон Ньютона?

При каких условиях тело может двигаться прямолинейно и равномерно?

Какие системы отсчета используются в механике?

Учащиеся отвечают на поставленные вопросы

24

Гребцы, пытающиеся заставить лодку двигаться против течения, не могут с этим справиться, и лодка остается в покое относительно берега. Действие каких тел при этом компенсируется?

Яблоко, лежащее на столике равномерно движущегося поезда, скатыва­ется при резком торможении поезда. Укажите системы отсчета, в кото­рых первый закон Ньютона: а) выполняется; б) нарушается. (В системе отсчета, связанной с Землей, первый закон Ньютона выполняется. В системе отсчета, связанной с вагонам, первый закон Ньютона не вы­полняется.)

— Каким опытом внутри закрытой каюты корабля можно установить, дви­жется ли корабль равномерно и прямолинейно или стоит неподвижно? (Никаким.)

Задачи и упражнения на закрепление:

С целью закрепления материала можно предложить ряд качественных задач по изученной теме, например:

1.Может ли шайба, брошенная хоккеистом, двигаться равномерно по
льду?

2. Назовите тела, действие которых компенсируется в следующих случа­ях: а) айсберг плывет в океане; б) камень лежит на дне ручья; в) подвод­ная лодка равномерно и прямолинейно дрейфует в толще воды; г) аэро­стат удерживается у земли канатами.

3. При каком условии пароход, плывущий против течения, будет иметь постоянную скорость?

Можно предложить и ряд чуть более сложных задач на понятие инерциальной системы отсчета:

1. Система отсчета жестко связана с лифтом. В каких из приведенных ниже случаях систему отсчета можно считать инерциальной? Лифт: а) свободно падает; б) движется равномерно вверх; в) движется ускоренно вверх; г) движется замедленно вверх; д) движется равномерно вниз.

2. Может ли тело в одно и то же время в одной системе отсчета сохранять свою скорость, а в другой — изменять? Приведите примеры, подтверж­дающие ваш ответ.

3. Строго говоря, связанная с Землей система отсчета не является инерци­альной. Обусловлено ли это: а) тяготением Земли; б) вращением Земли вокруг своей оси; в) движением Земли вокруг Солнца?

 А теперь проверим ваши знания, которые вы получили сегодня на уроке

Взаимопроверка, ответы на экране

Учащиеся отвечают на поставленные вопросы

Учащиеся выполняют тест

25

Тест в формате Excel

(ТЕСТ.xls)

Домашнее задание

Выучить §10, письменно ответить на вопросы в конце параграфа;

Выполнить упражнение 10;

Желающим: подготовить сообщения по темам «Античная механика», «Механика эпохи Возрождения», «И.Ньютон».

Учащиеся делают записи в тетради.

26

Список использованной литературы

  1. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика для поступающих в ВУЗы: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. – М.: Наука, 1982.

  2. Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX века): Справ. пособие. – М.: Высшая школа, 1989.

  3. Громов С. В. Физика 10 класс.: Учебник для 10 класса общеобразовательных учебных заведений. – 3-е изд., стереотип. – М.: Просвещение 2002

  4. Гурский И.П. Элементарная физика с примерами решения задач: Учебное руководство /Под ред. Савельева И.В. – 3-е изд., перераб. – М.: Наука, 1984.

  5. Перышки А. В. Гутник Е. М. Физика.9-й кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – 9-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005.

  6. Иванова Л.А. Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1983.

  7. Касьянов В.А. Физика.10-й кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2003.

  8. Кабарди О. Ф. Орлов В. А. Зильберман А. Р. Физика . Задачник 9-11 кл

  9. Куперштейн Ю. С. Физика Опорные конспекты и дифференцированные задачи 10 кл Петербург, БХВ 2007

  10. Методика преподавания физики в средней школе: Механика; пособие для учителя. Под ред. Э.Е. Эвенчик. Издание второе, переработанное. – М.: Просвещение, 1986.

  11. Перышкин А. В. Физика.7-й кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – 4-е изд., исправленное. – М.: Дрофа, 2001

  12. Прояненкова Л. А Стефанова Г. П. Крутова И. А. Поурочное планирование к учебнику Громова С.В., Родина Н.А. «Физика 7 кл» М.:«Экзамен», 2006

  13. Современный урок физики в средней школе /В.Г. Разумовский, Л.С. Хижнякова, А.И. Архипова и др.; Под ред. В.Г. Разумовского, Л.С. Хижняковой. – М.: Просвещение, 1983.

  14. Фадеева А.А. Физика. Рабочая тетрадь для 7 класса М. Генжер 1997

Ресурсы сети интернет:

http://elementy.ru/trefil/22

http://festival.1september.ru

учебное электронное издание ФИЗИКА 7-11 класс практика www.physicon.ru

Физика 10-11 Подготовка к ЕГЭ 1С образование

Библиотека электронных наглядных пособий — КиМ

Физика библиотека наглядных пособий 7-11 классы 1С образование

А также картинки по запросам с http://images.yandex.ru

Источник: https://infourok.ru/urok-s-prezentaciey-po-teme-inercialnie-sistemi-otscheta-perviy-zakon-nyutona-746505.html

Урок

Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

Задачи:

Образовательные:

  • Сформулировать понятие об инерциальной системе отсчёта, раскрыть её преимущества при описании механического движения;
  • Ввести понятия о взаимодействии тел и свободном теле;
  • Добиться усвоения учащимися формулировки 1-го закона Ньютона;
  • Продолжить формирование знаний о природе, явлениях и законах в единой системе;
  • Повторить физическое содержание явления инерции;
  • Ознакомить учащихся с применением 1-го закона Ньютона.
  • Воспитательные:

  • Продолжить воспитание отношения к физике, как к интересной и необходимой науке;
  • Воспитывать в ребятах уважение и доброжелательность друг к другу, умение слушать ответ товарища;
  • Формировать у учащихся аккуратность, при работе с записями в тетради.
  • Развивающие:

  • Продолжить формирование умения высказывать умозаключения;
  • Развитие самостоятельности в суждениях;
  • Развитие логического мышления; развивать умение ставить мысленный эксперимент; развивать у учеников память, внимание; формировать умение решать качественные задачи.
  • Оборудование:

    • мультимедийный проектор;
    • штатив, тело на нити.

    Ход урока

    . Организационный момент

    Приветствие, выявление отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку. Сообщение цели урока.

    Учитель

    : Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:

    1. Что называют механическим движением?
    2. Какие виды движений (по траектории, скорости, ускорению) мы изучали?
    3. Какие из них наиболее распространены в природе и технике?
    4. Что такое материальная точка? Зачем это понятие вводится?
    5. Что называют системой отсчёта? Для чего она необходима?
    6. Какое явление вы наблюдаете на рисунке?
    7. Объясните, почему, споткнувшись, человек падает вперёд (ноги резко останавливаются, а тело продолжает двигаться по инерции в прежнем направлении), а, поскользнувшись, человек падает назад (ноги начинают двигаться с большей скоростью, чем тело).
    8. Придёт ли в движение парусная лодка под действием потока воздуха от вентилятора, установленного на ней?
    9. Барон Мюнхгаузен рассказывал, как он однажды разбежался и прыгнул через болото. Во время прыжка он заметил, что не допрыгнет до берега. Тогда он в воздухе повернул обратно и вернулся на тот берег, с которого прыгал. Возможно ли это?

    10. Объясните наблюдаемые явления. , ,

    Вывод:

    Мгновенно тело изменить свою скорость не может. Для изменения скорости тела необходимо другое тело. Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.

    Учитель:

    Сегодня мы приступаем к изучению нового раздела Механики– Динамика. Динамика изучает причины изменения скорости. Основные законы Динамики – законы Ньютона. И сейчас мы приступаем к изучению первого закона Ньютона.

    Прежде чем найти причину изменения скорости, т.е. возникновения ускорения, мы выясним, при каких условиях тело движется без ускорения, т.е. его скорость с течением времени не меняется.

    Обратимся к опыту, к наблюдениям: на столе лежит книга. Про неё говорят, что она покоится.

    В IV веке до н.э. Аристотель писал: «Всякое движение – бывает или насильственным, или происходящим по природе». К последним он относил круговые движения небесных светил, а также считал их присущими самим телам и не нуждающимися в каких-либо внешних причинах.

    Если какое-либо движение отличается от естественного, то оно может быть осуществлено лишь насильственным путём. В отношении таких движений Аристотель писал: «Всё движущиеся необходимо приводится в движение чем-нибудь». Иными словами, причина «неестественного» движения – действие со стороны других тел. Нет действия других тел – нет движения.

    Чтобы сдвинуть книгу, необходимо приложить усилие, например, толкнуть рукой.

    Книга не одинока в этом мире, её окружают другие тела, они в различной мере действуют на неё. Почему же она покоится? Только два тела, из всех её окружающих, оказывают на неё заметное действие – это стол и Земля. Действия их противоположны и равны. Говорят, что Земля и стол компенсируют друг друга (уравновешивают).

    Рассмотрим ещё примеры: шарик на нити, шайба на льду, автомобиль на парковке и др. Учащиеся дают пояснения по примерам.

    Вывод: если действия тел компенсируют друг друга, то тело под влиянием этих тел находится в состоянии покоя.

    Этот ошибочный закон Аристотеля продержался около 2000 лет. Почему ошибочный?

    Т.к. равномерное и прямолинейное движение – это тоже движение без ускорения. Следовательно, и покой, и прямолинейное равномерное движение могут наблюдаться при одном и том же условии: действие на данное тело всех других тел должно компенсироваться. Так что же, справедливо утверждение Аристотеля:»Всё, что находится в движении, движется благодаря воздействию другого»?

    Об основном положении динамики размышлял и Галилей: «Степень скорости, обнаруживаемая телом, нерушимо лежит в самой его природе, в то время как причины ускорения или замедления являются внешними». Другими словами: тело свободное от воздействий, не меняет скорость. Если на данное тело действует другое тело, то первое тело изменяет свою скорость (второе тело тоже)!

    Очень трудно понять, что тела сохраняют в этих условиях (при компенсации воздействия) постоянной свою скорость, т.е. продолжают двигаться равномерно и прямолинейно. Если по шайбе, лежащей на гладком льду ударить клюшкой, она будет двигаться, но всё же остановится. Почему? Трение о лёд.

    Как это доказать людям справедливость его суждения?

    Галилей предложил к опыту подключить разум и логику следующим образом: если невозможно избавиться от взаимодействия тел совсем, то действие можно уменьшать.

    Рассмотрим пример: ,

    Вывод: Мысленный эксперимент Галилея показывает, что при уменьшении угла второй гладкой наклонной плоскости тело можно приближённо считать свободным. Оно должно двигаться бесконечно долго.

    Все мы знаем, что движение и покой относительны. В одних системах отсчёта, тело может покоиться, относительно других в это же время двигаться с ускорением.

    Исаак Ньютон обобщил вывода Галилея, Аристотеля и сформулировал закон инерции (I закон Ньютона):

    Существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.

    ,

    Такие системыотсчёта называют инерциальными. (ИСО). Иногда первый закон Ньютона называют законом инерции, а равномерное движение тела относительно ИСО называют движением по инерции.      

    Любая система отсчета, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Таким образом, существует бесконечно много ИСО, которые движутся относительно друг друга с неизменными по величине и направлению скоростями.

  • С железнодорожным составом связана система отсчета. В каких случаях она будет инерциальной: а) поезд стоит на станции; б) поезд отходит от станции; в) поезд подходит к станции; г) движется равномерно на прямолинейном участке пути дороги?
  • По горизонтальной прямолинейной дороге равномерно движется автомобиль с работающим двигателем. Не противоречит ли это первому закону Ньютона
  • Инерциальная ли система отсчета, движущаяся с ускорением, относительно какой-либо инерциальной системы?
  • Что нового вы узнали на уроке?
  • Сформулируйте I закон Ньютона?
  • Каким путем мы пришли к этому выводу?
  • Аристотель:

    при отсутствии внешнего воздействия тело может только покоиться. Чтобы тело двигалось с постоянной скоростью, на него постоянно должна действовать сила.

    Галилей:

    при отсутствии внешних воздействий тело может не только покоиться, но и двигаться прямолинейно и равномерно, а сила, которая к нему прикладывается необходима только для компенсации других сил (трения, тяжести и т.д.).

    Ньютон:

    обобщил вывода Галилея, сформулировал закон инерции (I закон Ньютона).

    Домашнее задание:

    §10 упр.10.

    Литература

    1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник Физика 9, “Дрофа”, 2007 г.
    2. А.П. Рымкевич Сборник задач по физике, М.: “Просвещение”, 1994 г.
    3. В.А. Шевцов Методическое пособие по физике для учащихся 9 класса, Волгоград “Учитель”, 1995 г.
    4. С.А Тихомирова Дидактический материал по физике 7-11 “Физика в художественной литературе” М.: “Просвещение”, 1996 г.

    17.07.2010

    Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/582281/

    Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

    Инерция. 1 закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта

    На всякое тело могут оказывать воздействия другие тела, его окружающие, в результате чего может измениться состояние движения (покоя) наблюдаемого тела. Вместе с тем такие воздействия могут быть скомпенсированы (уравновешены) и не вызывать таковых изменений.

    Когда говорят, что действия двух или нескольких тел компенсируют друг друга, то это значит, что результат их совместного действия такой же, как если бы этих тел вовсе не было.

    Если влияние на тело других тел компенсируется, то относительно Земли тело находится или в покое, или движется прямолинейно и равномерно.

    Таким образом, мы приходим к одному из основных законов механики, который называется первым законом Ньютона.

    Применительно к сказанному, изменение скорости тела (т.е. ускорение) всегда вызывается воздействием на это тело каких-либо других тел.

    1-й закон Ньютона выполняется только в инерциальных система отсчёта.

    Ничего непонятно?

    Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

    Установить, является ли данная система отсчёта инерциальной, можно лишь опытным путём. В большинстве случаев можно считать инерциальными системы отсчёта, связанные с Землёй или с телами отсчёта, которые по отношению к земной поверхности движутся равномерно и прямолинейно.

    Рисунок 1. Инерциальные системы отсчёта

    В настоящее время экспериментально подтверждено, что практически инерциальна гелиоцентрическая система отсчета, связанная с центром Солнца и тремя «неподвижными» звездами.

    Любая другая система отсчета, движущаяся относительно инерциальной равномерно и прямолинейно, сама является инерциальной.

    Галилей установил, что никакими механическими опытами, поставленными внутри инерциальной системы отсчета, невозможно установить, покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно. Это утверждение носит название принципа относительности Галилея, или механического принципа относительности.

    Этот принцип был впоследствии развит А. Эйнштейном и является одним из постулатов специальной теории относительности. ИСО играют в физике исключительно важную роль, так как, согласно принципу относительности Эйнштейна, математическое выражение любого закона физики имеет одинаковый вид в каждой ИСО.

    Если тело отсчёта движется с ускорением, то связанная с ним система отсчёта является неинерциальной, и в ней 1-й закон Ньютона несправедлив.

    Свойство тел сохранять во времени своё состояние (скорость движения, направление движения, состояние покоя и т.п.) называют инертностью. Само явление сохранения скорости движущимся телом при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.

    Рисунок 2. Проявления инерции в автобусе при начале движения и торможении

    С проявлением инертности тел мы часто встречаемся в повседневности. При резком ускорении автобуса пассажиры, находящиеся в нём, наклоняются назад (рис.

    2,а), а при резком торможении автобуса наклоняются вперёд (рис.2,б), а при повороте автобуса вправо — к левой его стенке.

    При большом ускорении взлетающего самолёта тело пилота, стремясь сохранить первоначальное состояние покоя, прижимается к сидению.

    Инертность тел наглядно проявляется при резкой смене ускорений тел системы, когда инерциальная система отсчёта сменяется неинерциальной, и наоборот.

    Рисунок 3. Инерциальная и неинерциальная система отсчёта

    Инертность тела принято характеризовать его массой (инертной массой).

    Сила, действующая на тело со стороны неинерциальной системы отсчета, называется силой инерции

    Если на тело в неинерциальной системе отсчета одновременно действуют несколько сил, одни из которых являются «обычными» силами, а другие — инерциальными, то тело будет испытывать одну результирующую силу, являющуюся векторной суммой всех действующих на него сил. Эта результирующая сила не является силой инерции. Сила инерции — это только составляющая результирующей силы.

    Задача 1

    Если палочку , подвешенную на двух тонких нитях, медленно потянуть за шнур, прикрепленный к ее центру, то:

    1. палочка сломается;
    2. оборвется шнур;
    3. оборвется одна из нитей;
    4. возможен любой вариант, в зависимости от приложенной силы

    Рисунок 4

    Решение

    Сила приложена к середине палочки, в месте подвеса шнура. Поскольку, по 1 закону Ньютона, всякое тело обладает инертностью, часть палочки в точке подвеса шнура будет двигаться под действием приложенной силы, а другие части палочки, на которые сила не действует, останутся в покое. Потому сломается палочка в точке подвеса.

    Ответ. Правильный ответ 1.

    Задача 2

    Человек везет двое связанных саней, прикладывая силу под углом 300 к горизонту. Найдите эту силу, если известно, что сани движутся равномерно. Массы саней по 40 кг. Коэффициент трения 0,3.

    Дано:

    $т_1$ = $т_2$ = $m$ = 40 кг

    ${\mathbf \mu }$ = 0,3

    ${\mathbf \alpha }$=$30{\circ}$

    $g$ = 9.8 м/с2

    $F$ — ?

    Рисунок 5

    Так как сани движутся с постоянной скоростью, то по первому закону Ньютона сумма сил, действующих на сани, равна нулю. Запишем первый закон Ньютона для каждого тела сразу в проекции на оси, и добавим закон сухого трения Кулона для саней:

    Ось ОХ                                                Ось OY

    \[\left\{ \begin{array}{c}T-F_{тр1}=0 \\ F_{тр1}=\mu N_1 \\ F_{тр2}=\mu N_2 \\ F{cos \alpha -\ }F_{тр2}-T=0 \end{array}\right. \left\{ \begin{array}{c}N_1-mg=0 \\ N_2+F{sin \alpha \ }-mg=0 \end{array}\right.\]

    $F=\frac{2\mu mg}{{cos \alpha \ }+\mu {sin \alpha \ }}=\ \frac{2\cdot 0.3\cdot 40\cdot 9.8}{{cos 30{}\circ \ }+0.3\cdot {sin 30{}\circ \ }}=231.5\ H$

    Ответ: $F=231,5\ Н$

    Источник: https://spravochnick.ru/fizika/dinamika/inerciya_zakon_nyutona_inercialnye_sistemy_otscheta/

    Booksm
    Добавить комментарий